Les corps flottants en résines synthétiques renforcées par des fibres sont fabriqués traditionnellement par moulage par contact de fibres découpées et imprégnées de résine, sur des moules femelles ou des maîtres modèles en plusieurs parties. Les phases de découpe, de dépose et d'imprégnation, hormis le cas des fibres pré-imprégnées, s'effectuent en général manuellement. Les fibres se présentent sous forme de tissus unidirectionnels, bidirectionnels ou tridirectionnels ou sous forme de fibres courtes orientées aléatoirement.

Ce procédé présente l'inconvénient de mettre en contact des fibres de renfort non continues et non contraintes : d'où des caractéristiques mécaniques non prévisibles, et une résine appliquée manuellement : d'où un taux de résine en général irrégulier. Ces deux caractéristiques entraînent une augmentation inutile du poids.

Ce procédé n'est qu'en partie automatisable. En raison du travail obligatoirement manuel, les temps de fabrication ne peuvent tre améliorés.

Ce temps de fabrication important permet difficilement de fabriquer une grande pièce complexe, comme le pont et la coque d'un voilier qui sont rarement solidifiés en une seule fois et en mme temps ; ainsi, les caractéristiques mécaniques du produit fini sont limitées en raison des assemblages effectués après solidification qui fragilisent la structure, par exemple la liaison pont- coque d'un bateau. De plus, ces assemblages augmentent les risques de délaminage ou de décollement du composite aux points de liaison, avec la présence des chants aux joints de collage sur les différentes pièces assemblées, risques non négligeables dans l'eau.

De plus, l'imprégnation par contact des fibres ne permet pas l'utilisation de certaines résines aux caractéristiques élevées, nocives par voies respiratoires ou au contact de la peau.

Il existe un procédé, 1'enroulement filamentaire, qui consiste à enrouler sur un mandrin ayant la forme de la pièce désirée, des fibres continues imprégnées de

résine disposées suivant des directions déterminées à l'avance. Par ce procédé d'enroulement filamentaire, les fibres continues sont enroulées, d'une part dans la direction des contraintes principales de façon homogène, d'autre part localement dans les zones fortement contraintes.

Cette technique présente l'inconvénient de ne pouvoir garantir l'état de surface extérieur des pièces enroulées et de nécessiter, pour certaines applications, des traitements de finition, l'emploi d'un contremoule avant solidification ou un usinage après solidification Dans ce domaine, citons le document US 3 265 795 qui décrit « une méthode de moulage d'une peau en matière plastique renforcée de fibres ». Ce procédé qui met en oeuvre un mandrin gonflable et un contremoule apporte une solution au problème d'état de surface extérieur mais ne décrit pas la fabrication de produits à surface non développable. Une autre solution est présentée dans le document US 4 849 150 A qui décrit « une méthode de fabrication de tube en résine renforcée de fibres ». Cette méthode consiste à injecter de la résine dans un contremoule, mais n'est décrite que pour des tubes, et nécessite l'emploi de matériaux spécifiques.

Un autre inconvénient de l'enroulement filamentaire concerne l'enroulement des structures à sections décroissantes, cas habituel dans les engins flottants. La difficulté est de respecter les orientations des fibres et les épaisseurs définies pour la résistance mécanique de la structure. D'une part, dans les sections décroissantes, les fibres peuvent glisser sur le mandrin, et les surépaisseurs obtenues dans les petites sections ne correspondent pas aux épaisseurs souhaitées. D'autre part, la structure obtenue n'est pas symétrique par rapport au plan de symétrie du mandrin. A ce sujet, le document FR 1 590 718 A décrit un « procédé de fabrication de structure de forme quelconque, la machine pour la mise en oeuvre dudit procédé et les structures réalisées par ledit procédé ».

Ce procédé permet de déposer des bandes sur un corps avec des sections décroissantes mais ne décrit pas ni l'usage de matière plastique thermodurcissable renforcée par des fibres ni une dépose autre que radiale.

Dans ce domaine, citons aussi le document US 3 300 355 A qui décrit « une méthode de fabrication de corps creux de forme irrégulière ». Cette méthode

permet de déposer des bandes sur un corps, avec des sections décroissantes et des rainurages pour réaliser des renforts, mais ne décrit ni l'usage de matière plastique thermodurcissable renforcée par des fibres, ni une dépose autre que radiale. Le document US 4 849 150 A qui décrit « une méthode de fabrication de tube en résine renforcée de fibres », déjà cité, ne décrit pas une méthode spécifique d'enroulement permettant d'obtenir une structure symétrique sans surépaisseur.

Un autre inconvénient du procédé d'enroulement filamentaire est la fabrication et la récupération du mandrin après le bobinage. Le document US 4 494 910 A qui décrit la fabrication de « composants de structure présentant une grande superficie, en particulier les palles de rotors » présente une technique où le mandrin est conservé dans la pièce finale, mais ne décrit pas la fabrication de pièces creuses. Dans le document EP 0 216 695 A décrit « un procédé et une machine pour la fabrication de pièces creuses de révolution formées de fils s'étendant selon trois directions différentes ». Ce procédé présente une solution où le mandrin est usiné sur la machine à bobiner, mais il n'est décrit que pour des pièces creuses de révolution. Le document US 3 265 795, déjà cité, qui décrit « une méthode de moulage d'une peau en matière plastique renforcée de fibres » présente une méthode pour la récupération du mandrin, en réalisant deux pièces ensemble, mais ne décrit pas une méthode pour la fabrication d'une seule pièce.

L'invention peut apporter une solution aux inconvénients rencontrés actuellement dans la fabrication des corps flottants en matériaux composites synthétiques, en les réalisant avec des fibres continues sur une machine à bobiner, après avoir résolu les problèmes posés par ce procédé de fabrication actuellement inadapté à la réalisation de tels produits.

L'invention concerne notamment un procédé de fabrication d'un corps flottant tel que coque de bateau ou partie d'une telle coque défini dans les revendications et qui comporte au moins une étape d'enroulement filamentaire.

Ce procédé comporte selon les réalisations, la combinaison d'étapes prévoyant de :

-réaliser un premier mandrin en forme d'ébauche, présentant sensiblement la forme externe du corps flottant à fabriquer ; -monter ce premier mandrin sur un appareil à bobiner, et éventuellement lui faire subir un traitement d'affinage de sa forme externe ; -recouvrir ce premier mandrin au moins en partie, par bobinage ou enroulement filamentaire de fibres imprégnées de résine afin d'obtenir un moule extérieur ou contremoule dont la surface interne subira un traitement, tel que revtement d'un démoulant et/ou d'enduit de finition constituant la surface externe du corps flottant à fabriquer ; -après solidification, découper le contremoule en au moins deux parties démoulables, par exemple suivant un plan de symétrie longitudinal ; -réaliser un deuxième mandrin en forme d'ébauche, présentant sensiblement la forme interne du corps flottant à fabriquer ; -monter ce deuxième mandrin sur un appareil à bobiner, et éventuellement lui faire subir un traitement d'affinage de sa forme externe ; -recouvrir ce deuxième mandrin au moins en partie, par bobinage ou enroulement filamentaire avec ou sans imprégnation de résine, pour obtenir un corps bobiné qui sera le corps flottant ; -mettre sous pression les matériaux du corps flottant entre le deuxième mandrin et le contremoule ; -après solidification des matériaux du corps flottant, telle que polymérisation, dégager le contremoule et/ou faire subir un traitement d'affinage au corps flottant, découper au moins une réservation dans ce dernier, par exemple pour le passage ou l'assemblage d'équipements tels que mâts, quille, rouf ou analogues et/ou pour l'évacuation d'au moins une partie du mandrin.

Un deuxième objet de l'invention est l'obtention des mandrins destinés à la mise en oeuvre du procédé selon les revendications. Un troisième objet de l'invention est l'appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé selon les revendications.

Selon des caractéristiques de l'invention : -Les traitements d'affinage des surfaces externes des mandrins prévoient la

mise en place de dispositifs d'aide à l'enroulement, de matière et de dimensions convenables, tels que picots et/ou produits anti-dérapant, permettant une augmentation de l'adhérence entre le mandrin et les fibres qui viendront le recouvrir.

-L'étape de recouvrement du premier mandrin comporte au moins une phase de dépose d'au moins une fibre continue imprégnée ou non de résine, suivant des directions définies lors de la conception du contremoule. Les trajectoires des fibres sont symétriques par rapport à au moins un plan de symétrie du premier mandrin, avec des zones de retournement dans différentes sections du mandrin afin d'obtenir au moins couche de fibres dont les épaisseurs sont définies à la conception du contremoule.

-L'étape de recouvrement du deuxième mandrin comporte au moins une phase de dépose d'au moins une fibre continue imprégnée ou non de résine, suivant des directions définies lors de la conception du corps flottant. Les trajectoires des fibres sont symétriques par rapport à au moins un plan de symétrie du deuxième mandrin, avec des zones de retournement dans différentes sections du mandrin afin d'obtenir au moins couche de fibres dont les épaisseurs sont définies à la conception du corps flottant.

-L'étape de mise sous pression des matériaux du corps flottant prévoit une augmentation du volume du deuxième mandrin et/ou une infusion et/ou une injection de résine et/ou une expansion de résine telle que résine moussante afin d'obtenir d'une part un état de surface identique à celui de la surface interne du contremoule, d'autre part un taux de résine déterminé.

A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement sur les dessins annexés figures 1 à 14, une forme de réalisation de l'objet de l'invention, figures sur lesquelles sont représentées trois directions orthogonales L, T et E. La direction longitudinale, nommée L, correspond à l'axe de rotation de l'appareil à bobiner et à la direction de marche normale du corps flottant. La direction transversale, nommée T, est orthogonale à la direction L et située dans un plan horizontal passant par L. La direction en élévation E est orthogonale aux directions L et T.

la figure 1 est une vue en plan schématique du premier mandrin en forme d'ébauche, la figure 2 est une vue en coupe de face d'un élément en mousse synthétique du premier mandrin, vue suivant la ligne 1-1 de la figure 1, la figure 3 est une vue en plan schématique du premier mandrin monté sur l'appareil à bobiner en cours d'usinage, la figure 4 est une vue en plan schématique du premier mandrin monté sur l'appareil à bobiner en cours d'enroulement du contremoule, la figure 5 est une vue en plan schématique du premier mandrin et du contremoule découpé en deux parties symétriques en cours de démoulage, la figure 6 est une vue en coupe de face du premier mandrin et du contremoule découpé en deux parties symétriques en cours de démoulage, vue suivant la ligne 2-2 de la figure 5, la figure 7 est une vue en plan schématique du deuxième mandrin avec des rainures transversales suivant la direction T et longitudinales suivant la direction L, constitué soit à partir d'un élément gonflable, soit à partir d'éléments en mousse synthétique, la figure 8 est une vue en élévation latérale du deuxième mandrin dans le cas où il a la forme de deux engins flottants identiques réunis par leur partie supérieure, la figure 9 est une vue en coupe de face du deuxième mandrin dans le cas où il a la forme de deux engins flottants identiques réunis par leur partie supérieure, vue suivant la ligne 3-3 de la figure 8, -la figure 10 est une vue en plan schématique du deuxième mandrin monté sur l'appareil à bobiner en cours de bobinage des renforts du corps flottant, -la figure 11 est une vue en plan schématique du corps flottant bobiné et des deux éléments du contremoule en cours d'assemblage, en vue de la mise sous pression des matériaux du corps flottant, -la figure 12 est une vue en coupe de face du corps flottant bobiné et des deux éléments du contremoule en cour d'assemblage, en vue de la mise sous pression des matériaux du corps flottant, vue suivant la ligne 4-4 de la figure

11, -la figure 13 est une vue en plan schématique d'une structure bobinée seule.

-La figure 14 est une vue en perspective d'une structure bobinée seule.

L'exposé qui suit permet de comprendre comment est réalisée cette invention et quelles sont les nouvelles performances apportées.

Avant toute fabrication, une étude, effectuée à la conception, a permis de connaître la forme du corps flottant à fabriquer et les différentes contraintes qui lui seront soumises. Une partie de cette étude, appelée échantillonnage, définit l'épaisseur et le nombre de couches, l'orientation des fibres dans les différentes zones du corps flottant ainsi que l'orientation, les dimensions et les emplacements des différents renforts.

Dans le cas où il est prévu la fabrication d'un contremoule 7, notamment pour la production en série de corps flottant, un premier mandrin 1 en forme d'ébauche est réalisé. Constitué par exemple d'anneaux de mousse polystyrène haute densité, référencés 2 sur la figure 2, il est divisé en différentes sections transversales d'une épaisseur donnée, prédécoupées par exemple au fil chaud, à l'extérieur et à l'intérieur, de façon à conserver une épaisseur minimum nécessaire pour résister aux efforts du bobinage. Ce premier mandrin 1 est représenté schématiquement sur la figure 1. Les anneaux 2 sont enfilés, collés et serrés longitudinalement, par exemple sur deux axes 3 permettant l'entraînement en rotation de l'ensemble. Ce mandrin en forme d'ébauche 1 est ensuite monté sur l'appareil à bobiner pour subir un traitement d'affinage de sa forme extérieure. Par exemple, comme cela est représenté sur la figure 3, un outil de fraisage 4 placé sur le porte outil 5 asservi dans trois axes de l'appareil à bobiner, usine le mandrin 1 asservi en rotation de façon à obtenir la forme extérieure du corps flottant 11. Un enduit de finition, par exemple projeté par un système de pulvérisation monté sur le porte outil 5, est appliqué sur tout le mandrin 1. Des opérations de ponçage et de lustrage pourront ensuite tre effectuées avec des ponceuses et des lustreuses montées sur le porte outil 5. Ce mandrin 1 peut aussi tre réalisé à partir d'un corps flottant existant, lui-mme éventuellement réalisé suivant le procédé de la présente invention. La

fabrication et la préparation du premier mandrin 1 sont alors terminées.

Un agent démoulant et un enduit de finition constituant la surface interne du contremoule 7 sont projetés sur tout le mandrin 1 par un système de pulvérisation monté sur le porte outil 5. Sur la figure 4, le bobinage est effectué en orientant les fibres de façon à obtenir l'échantillonnage spécifique au contremoule 7, à l'aide d'un peigne 6 monté sur le porte outil 5, qui permet le guidage des fibres imprégnées de résine.

Sur les figures 5 et 6, le contremoule 7 a été découpé après solidification, par exemple dans son plan de symétrie longitudinal, grâce à un outil de découpe, par exemple une scie à disque, monté sur le porte outil 5. Ainsi le contremoule 7 est démoulé du mandrin 1. L'étape de fabrication du contremoule 7 est alors terminée.

Un deuxième mandrin 8 présente sensiblement la forme interne du corps flottant à fabriquer 11. Il peut posséder d'une part des rainures 9 longitudinales et transversales permettant de bobiner et de disposer des renforts de structure et des supports d'accastillage, d'autre part des éléments rigides à ses extrémités, permettant la mise en place de dispositifs en relief 10, comme cela est représenté schématiquement sur la figure 7. D'autres dispositifs tels que des produits anti-dérapant peuvent tre placés sur le mandrin 8 pour augmenter l'adhérence des fibres qui viendront le recouvrir.

Ce mandrin 8 peut tre constitué de différents éléments décrits ci-après : -soit à partir d'un élément gonflable, -soit, de manière similaire au premier mandrin 1, à partir d'éléments en mousse synthétique usinés, possédant éventuellement des sections intermédiaires placées entre ces éléments, par exemple des plaques en sandwich destinées à rester dans le corps flottant comme cloisons de structure, -soit à partir d'éléments, par exemple en matériaux composites synthétiques, correspondant à la forme de deux corps flottants identiques réunis par leur partie supérieure, par exemple deux coques de voiliers accolées par leur pont comme le montrent la figure 8 et la figure 9.

Ce mandrin 8 est ensuite monté sur l'appareil à bobiner pour subir éventuellement un traitement d'affinage de sa surface externe. Par exemple, un agent démoulant projeté par un système de pulvérisation monté sur le porte outil 5, est ensuite appliqué sur tout ou une partie du mandrin 8. La fabrication et la préparation du deuxième mandrin 8 sont alors terminées.

Le bobinage du corps flottant est effectué à l'aide d'un peigne monté sur le porte outil, qui permet le guidage des fibres. Il débute par exemple par l'enroulement de fibres continues dans des rainures, qui peuvent tre entièrement remplies pour obtenir une structure de renfort monolithique, ou en partie en intercalant une âme au cours du bobinage, par exemple en mousse P. V. C. ou balsa, pour obtenir une structure de renfort dite sandwich. Le bobinage du reste de la forme 8 est effectué en déposant les fibres de façon à obtenir l'échantillonnage défini lors de la conception, symétrique par rapport à l'axe de symétrie du corps flottant. Par exemple, pour un corps flottant de type voilier monocoque, les fibres sont principalement orientées à 45'et d 0'par rapport au plan de symétrie du corps flottant. Elles sont bobinées sur une première trajectoire à 45° par rapport à l'axe de rotation du mandrin jusqu'à une zone dite de retournement, située entre deux sections transversales du mandrin et définie à la conception du voilier. Dans cette zone, les fibres sont déposées, grâce à des aides à l'enroulement tels que picots ou produits anti- dérapant, de manière à rejoindre le plan de symétrie du voilier. Elles suivent ensuite une deuxième trajectoire symétrique à la première trajectoire, par rapport au plan de symétrie. Lors de la conception d'un voilier, il est par exemple établi que les zones de retournement doivent se situer dans des zones fortement contraintes telles que le fond de la coque entre la quille et l'étrave du voilier, et aux extrémités du corps flottant. Pour le bobinage des fibres à 0°, les zones de retournement sont situées aux extrémités où sont disposées des aides à l'enroulement tels que picots.

Un agent démoulant et un enduit de finition sont appliqués sur la partie interne du contremoule 7. Sur la figure 11 et la figure 12, le corps flottant bobiné 11 est serré entre le deuxième mandrin 8 et les deux éléments du contremoule 7.

Par exemple, dans le cas d'un deuxième mandrin 8 gonflable, le contremoule 7 peut tre mis en place après avoir réduit légèrement le volume du mandrin 8 par dégonflage. Les matériaux du corps flottant 11 sont ensuite plaqués sur la surface interne du contremoule 7, en augmentant le volume du mandrin 8 par gonflage, afin d'obtenir d'une part une cohésion optimale entre les matériaux du corps flottant 11 et la surface interne du contremoule 7, d'autre part un taux de résine déterminé. Cette variation de volume peut aussi tre obtenue mécaniquement, notamment dans le cas où le deuxième mandrin 8 a la forme de deux engins flottants identiques. Cette opération peut également inclure l'infusion ou l'injection de résine ou l'utilisation d'une résine expansive, notamment dans le cas où le volume du deuxième mandrin 8 ne varie pas.

Après solidification des matériaux, les différents éléments du contremoule 7 sont dégagés.

Le corps flottant 11 peut tre découpé, par exemple à l'aide d'une scie à disque montée sur le porte outil 5, notamment dans le cas d'un voilier pour le passage et l'assemblage d'équipements tels que mâts, quille, cadènes, roufs ou pour l'évacuation du mandrin 8.

Dans le cas d'une fabrication sans contremoule, notamment pour des réalisations à l'unité, la surface extérieure du corps flottant 11 pourra subir un traitement d'affinage, tel que ponçage et projection d'un enduit de finition, à l'aide d'un outillage spécifique monté sur le porte outil 5.

Pour la fabrication d'une structure bobinée, référencée 12 sur la figure 13 et la figure 14, destinée à tre intégrée dans un corps flottant quelconque, le mandrin peut tre constitué d'éléments rigides permettant d'enrouler uniquement des renforts définis.

Les avantages d'une telle fabrication sont considérables à trois niveaux : -la production est optimisée et entièrement automatisée, grâce à 1'emploi de logiciels de conception, de calculs par éléments finis, de simulation d'enroulement et de programmation de commande numérique. L'appareil à bobiner devient un centre automatisé d'usinage, de pulvérisation, de bobinage et de découpage. Ainsi, le risque de non conformité est limité,

d'une part grâce à l'automatisation qui garantit la reproductibilité du produit fabriqué, d'autre part grâce à la réalisation des différentes opérations par l'intermédiaire d'un unique porte-outil.

-le produit fini possède des caractéristiques mécaniques élevées d'une part grâce à l'approche numérique qui permet une optimisation, d'autre part grâce à la solidification du composite avec des fibres contraintes et continues. De plus, le taux de résine du composite est parfaitement maîtrisé en cours de fabrication et reste relativement faible par rapport à celui obtenu par moulage par contact. Dans le cas d'un voilier où le pont et la coque sont enroulés en mme temps, les fibres étant continues sur toute la circonférence du voilier, la rigidité de la structure est augmentée et les risques de délaminage diminués.

-le positionnement des appendices et de l'accastillage du corps flottant est beaucoup plus précis grâce au découpage automatisé, qui élimine les défauts actuels de symétrie.

-le coût de la fibre continue présentée sous forme de fils en bobines ou pelotes est le plus économique.

Le dispositif, selon l'invention, est particulièrement adapté à la fabrication en série ou à l'unité d'au moins une partie de corps flottants, telle que renforts, pont, coque d'engins flottants, à moteur ou à voile, monocoques ou multicoques, d'usage professionnel, en course, en exploration, ou d'usage amateur.